TW201502279A - 保留鉛之沖洗塞 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種包含有耐火材料的沖洗塞110，其係被建構成被嵌入至澆斗的底部，用以將沖洗氣體導入通過位在該澆斗內之熔融金屬的爐料中。該沖洗塞容納了一保留腔室120，以留存會滲漏或滲透進入沖洗塞之該含鉛熔融鋼合金中之鉛成分。該沖洗氣體供應管38係具有一突出進入至該保留腔室120內的部分，藉此避免含鉛的熔融鋼合金中之鉛成分進入沖洗氣體供應管38並阻塞沖洗氣體供應管38。

Description

保留鉛之沖洗塞

本發明係與一種沖洗塞有關，其包含有被建構成嵌入於澆斗底部的耐火材料，以將該沖洗氣體導入通過位在該澆斗內之爐料的熔融金屬中。

在鋼的製造製程中會使用一種被稱為澆斗之容器，其係內襯有耐火材料以盛裝經熔融的鋼。沖洗塞係為一種安裝於通過該澆斗外部的通道中之裝置，其係被建構成將氣體引入至該澆斗的內部中。該沖洗塞可以與孔洞或通道結合，以允許氣體流通。該沖洗塞的功能是要為該熔融金屬提供氣體攪拌作用，藉此增進熱量與化學均質化作用。該沖洗氣體亦可將該爐料(heat)(該澆斗的熔融含量)加以改質。該攪拌作用通常是藉著將氬氣或氮氣，通過位於該澆斗底部的該沖洗塞來進行滲流而完成。典型地，沖洗塞係具有陶瓷截頭圓錐(截錐體)的形狀，並且係被密封於金屬板外殼內。

在典型的建構中，該沖洗塞是可替換地設置在安裝於該澆斗底部之殼體塊內。在該澆斗中，會進行各種高溫製程，且其中該沖洗塞則是關鍵的部分。在該製程中該沖洗塞的最上端部分會嚴重的磨損，其係直接 面向該爐料，並且在其之高度已經縮減到最小可允許程度時，就必須規律地更換新的沖洗塞。

在該技術領域中已知該多孔性沖洗塞。這些沖洗塞係為可允許氣體通透，但不允許熔融鋼通過的。其需要高氣體壓力以獲得適當的氣體流動，而該孔洞會導致該沖洗塞的磨損增加。

沖洗塞所具有之方向性孔洞，可以允許通過該沖洗塞的氣流增加。此種沖洗塞可以被製造得更為緊密，但這將傾向於會導致較高的風險，而使得在該沖洗塞中之鋼會阻塞可以提供該方向性孔洞之管道。

沖洗塞可能會包含有藉由為鑄造所形成之槽孔或間隙而不是管道。實際上，這種設計可以允許氣體流動增加，但無法完全排除鋼滲流的可能性。

成功的沖洗塞要具備高度的耐用性、令人滿意的氣體通透度，並且要避免鋼滲流至該沖洗塞中之該等裂隙中。這三個性質是必須要進行取捨。

在某些鋼等級(易切削鋼等級)中需要將鉛添加至鋼中，同時這些鉛可能會沉降至該澆斗的底部，並滲透通過該沖洗塞而進入至附接於該沖洗塞底部的管道中。在這些管道中所積聚之固化鉛將會限制，或者是完全阻塞通過該沖洗塞之氣流。

一種試圖解決上述問題的嘗試方案，是藉著採用將一T形件(tee)連接至該沖洗塞管道中的方式，而將鉛補集器設置於該沖洗塞導管中。該T形件係被建構成一個開口係具有平行軸線，而另兩個開口則具有垂直 軸線的方式。該惰性氣體係水平地流入至該T形件中，並接着在該T形件中轉向而向上流入該沖洗塞中，該鉛補集器則是連接至該T形件的底部。鉛會垂直地向下滴落至該T形件而進入該鉛補集器中，其係為一具有較大直徑之密封管道。在該鉛補集器已經充滿鉛的情況下，其就應該要被更換。然而，在運用通常是直接設置在該沖洗塞之下的安全機制時，在這種情況下，該鉛補集器並無法保護該安全機制。在該安全機制中的鉛會使得安全機構無法運作，並且在該機制中之鉛必須要被熔融出來，才能讓該安全機制轉而重啟適當運作。

因此，本發明係為一種被設計以預防液態鉛進入管道，或是任何位在該沖洗塞下方的安全機制。該沖洗塞係形成有一本體、一設置於該本體下方的終端蓋、以及一設置在該終端蓋上方並位在該沖洗塞的本體內之收集容量(collection volume)。金屬可以徑向地圍繞在該沖洗塞周圍。氣體管道係延伸通過該終端蓋，並突出進入該收集容量內。該氣體管道的突出部可以允許其在該收集容量的底部蒐集鉛，並且預防鉛流入至該氣體管道中。在該沖洗塞的一些建構中，耐火材料係徑向地圍繞在該收集容量周圍，以為該桶內之該沖洗塞提供支持，或者會出現在該收集容量的底端，以支持該終端蓋。

當該澆斗是傾倒時，該液態鉛會從該收集容量的底端流出來，並且可以在該澆斗的整備區域中進行測試時，藉著流經該氣體管道之天然氣或惰性氣體的氣 壓，而自該沖洗塞被抽吸。本發明之沖洗塞因此可以具備自動清潔之特性。

該收集容量的尺寸及幾何構形、該氣體管道延伸進入該收集容量的突出範圍、以及該氣體管道的直徑，都可以依據特定鋼等級之鉛含量，或是依據澆斗容積來進行調整，而使得鉛之蒐集最佳化。該收集容量可以是例如圓筒狀、具有矩形柱體的外形、具有共軸之兩個圓柱，而較小半徑的圓柱體係位於具有較大半徑之圓柱體上方的外形，或者是圓柱體和矩形柱體的結合。

10‧‧‧沖洗塞

12‧‧‧耐火本體

14‧‧‧軸線

16‧‧‧進料端

18‧‧‧輸出端

20‧‧‧芯

22‧‧‧損耗指標

24‧‧‧氣體輸送結構

26‧‧‧耐火本體外側部

28‧‧‧進料端蓋

30‧‧‧充氣部

38‧‧‧氣體供應管

40‧‧‧T形件

42‧‧‧鉛阱

110‧‧‧沖洗塞

120‧‧‧保留腔室

124‧‧‧橫向容積

128‧‧‧氣體供應管突出部

132‧‧‧保留腔室下部

136‧‧‧保留腔室上部

140‧‧‧孔口氣體供應管蓋

141‧‧‧止回閥

210‧‧‧沖洗塞

232‧‧‧保留腔室下部

236‧‧‧保留腔室上部

第1圖係為顯示與先前技術的鉛阱(lead trap)組合之先前技術沖洗塞的剖面圖；第2圖係為顯示本發明之沖洗塞的剖面圖；並且第3圖係為顯示本發明之沖洗塞的剖面圖。

沖洗塞是由耐火材料所形成，且一般是採用圓柱、截頭圓錐(截錐體)、或截頭角錐(方截錐體)之外型。第1圖顯示與先前技術之沖洗塞10組合的總成。該沖洗塞係與圍繞一具有進料端(feed end)16與輸出端(delivery end)18之縱軸14，而形成之一耐火本體12結合。該沖洗塞係具有一可以由無孔性材料，或者是由具有形成於例如衝壓與燒成的板中之方向性通道或孔洞的材料所構成之芯20。損耗指標22係選擇性地從其之輸出端18檢視該沖洗塞10時，而沿着軸線14包覆於芯 20中，並藉著其之顯現與否來代表沖洗塞10之損耗程度。氣體輸送結構24係縱向地設置在該圓錐周圍。其可以是，例如槽孔、多孔性材料的管件、或是位在進料端16與輸出端18之間的通道，或者是包含有形成於加壓燒成的板(pressed and fired plates)中之與軸線14平行的單向氣體通孔的材料。耐火本體外側部26係為圍繞軸線14周圍，而設置於氣體輸送結構24外側的耐火本體12部分。耐火本體外側部26係部分地或完全地，而橫向地包覆於金屬殼體中。進料端蓋28係被設置於沖洗塞10的進料端16上，並至少部分地覆蓋其上。進料端蓋28在其被設置於該沖洗塞10的進料端16上時，係被建構成使得在進料端蓋28和進料端16之間，得以界定出一充氣部(plenum)30。進料端蓋28係配合氣體供應管38，而使得氣體供應管38與充氣部30形成流體通連。氣體供應管38係通過T形件40而連接至鉛阱42。T形件40與鉛阱42係被建構，而使得自充氣部30流入氣體供應管38中之例如鉛的液體，將會通過T形件40並且被維持在鉛阱42中。

在運作時，該沖洗塞係藉著在該沖洗塞的側表面，與一被建構來接受該側表面之塊體的內表面之間引入砂漿，而安裝至一工作位置上，使得氣體可以通過該沖洗塞的進料端來進行供應，並導入至位在該沖洗塞的輸出端之冶金容器的內部。該塊體係包覆在冶金容器的底面或牆面內。該塊體係典型地設置成被耐火材料所圍繞。氣體係通過氣體供應管38而導入，並且會流經進 料端蓋28而進入充氣部30。該氣體然後會從沖洗塞10的進料端16流經氣體輸送結構24至輸出端18，並由此進入至冶金容器的內部。在輸出端18處進入該沖洗塞，流至進料端16並進入氣體供應管38的液體鉛，可以被鉛阱42所補集。

第2圖顯示包含與本發明之沖洗塞110組合之總成。該沖洗塞係與圍繞於具有進料端或下端16，以及輸出端或上端18的縱軸14而形成之一耐火本體12組合。該沖洗塞具有一可能由非多孔性材料，或者是由具有形成於例如加壓燒成的板中之方向性通道或孔洞的材料所構成之芯20。損耗指標22係選擇性地從其之輸出端18檢視該沖洗塞10時，而沿着軸線14包覆於芯20中，並藉著其之顯現與否來指示沖洗塞10之損耗程度。氣體輸送結構24係與該進料端16以及輸出端18流體連通，並且/或者係縱向地設置於該芯或縱軸周圍。其可以是，例如槽孔、多孔性材料的管件、通道、或是包含有形成於加壓燒成的板中之與軸線14平行的單向氣體通孔的材料。耐火本體外側部26係為圍繞軸線14周圍，而設置於氣體輸送結構24外側的耐火本體12部分。耐火本體外側部26係部分地或完全地側向包覆或密封於金屬殼體中。進料端蓋28係被設置且至少部分地覆蓋於沖洗塞10的進料端16上。進料端蓋28在其被設置於該沖洗塞10的進料端16上時，係被建構成使得在進料端蓋28和耐火本體12之間，得以界定出一保留腔室120。進料端蓋28係配合氣體供應管38，而使得氣體供應管 38與保留腔室120形成流體通連。氣體供應管38係突出於保留腔室120內。橫向容積124係為保留腔室120橫向延伸至耐火本體外側部26的部分。在本發明之特定的具體實施例中，橫向容積124實體上且組成上地與耐火本體外側部26一體化。在本發明之特定的具體實施例中，橫向容積124係為保留腔室120橫向延伸的部分，並且耐火本體外側部26係藉著至少部分地包覆耐火本體外側部26的徑向表面之金屬殼體，而附接至進料端蓋28。氣體供應管38突出進入保留腔室120的範圍，會將保留腔室120分隔成兩個部分。保留腔室下部132係為保留腔室120低於氣體供應管38所突出延伸至保留腔室120內之範圍的一部分。保留腔室上部136係為保留腔室120高於氣體供應管38所突出延伸至保留腔室120內之範圍的一部分。延伸進入保留腔室120內之氣體供應管突出部128可以是未加蓋的，其可以裝設一彎管或噴嘴，或者可以用一孔口氣體供應管蓋140所覆蓋。如果芯20係由可以允許鉛流動的材料所建構，孔口氣體供應管蓋140就可以被建構成使得該孔口不會面向芯20，並且不會位在鉛的流動動線上。

進入保留腔室120之氣體供應管突出部128，可以設有包括自90度至180度、自105度至180度、自120度至180度、或是180度以下之角度的彎曲。在本發明之特定具體實施例中，止回閥141係被設置於氣體供應管38中。該止回閥141係被設置或建構成可以允許流入保留腔室120，但不允許從保留腔室流入氣體 供應管38。這種結構可以允許氣體流經氣體供應管38並進入保留腔室120內，但阻止熔融金屬自保留腔室120流入氣體供應管38。

在運作時，該沖洗塞係藉著在該沖洗塞的側表面，與一被建構來接受該側表面之塊體的內表面之間引入砂漿，而安裝至一工作位置上，因此氣體可以通過該沖洗塞的進料端來進行供應，並導入至位在該沖洗塞的輸出端之冶金容器的內部。該塊體係包覆在冶金容器的底面或牆面內。該塊體係典型地設置成被耐火材料所圍繞。在輸出端18處進入該沖洗塞，並流至進料端16的液體鉛，係藉著在保留腔室120內之氣體供應管38的突出構造，以及在某些結構中，藉著噴嘴或孔口氣體供應管管蓋140之存在，而避免其進入氣體供應管38。

保留腔室120係被建構成容納在沖洗塞110的使用壽命期間，會流入其中之所有的鉛。此種結構係藉著氣體供應管突出部128之適當範圍或長度、以及適當的保留腔室下部範圍132而達成。氣體供應管突出部的有用的數值係被發現為至少3mm、至少5mm、至少10mm、至少15mm或是至少20mm。線性保留腔室下部範圍與線性腔室上端範圍的有用的比例，係被發現為至少1：1、至少2：1、至少3：1或是至少4：1。位在氣體供應管突出部範圍以下的保留腔室容積，與位在氣體供應管突出部範圍以上的保留腔室容積之有用的比例，係被發現為至少1：1、至少2：1、至少3：1或是至少4：1。位在氣體供應管突出部範圍以下的容積，係被發現為至少50 立方釐米、至少60立方釐米、至少75立方釐米以及至少100立方釐米。

第3圖顯示與本發明之沖洗塞210組合的總成。該沖洗塞係與形成於具有進料端或下端16，以及輸出端或上端18的縱軸14周圍之一耐火本體12組合。該沖洗塞具有一可以由非多孔性材料，或者是由具有形成於例如加壓燒成的板(pressed and fired plates)中之方向性通道或孔洞的材料所構成之芯20。損耗指標22係選擇性地從其之輸出端18檢視該沖洗塞210時，沿着軸線14而包覆於芯20中，並藉著其之顯現與否來指示沖洗塞210之損耗程度。氣體輸送結構24係與該進料端16以及輸出端18流體連通，並且/或者係縱向地設置於該芯或縱軸周圍。其可以是，例如槽孔、多孔性材料的管件、通道、或是包含有形成於加壓與燒成的板中之與軸線14平行的單向氣體通孔的材料。耐火本體外側部26係為圍繞軸線14周圍，而設置於氣體輸送結構24外側的耐火本體12部分。耐火本體外側部26係部分地或完全地側向包覆或密封於金屬殼體中。進料端蓋28係被設置且至少部分地覆蓋於沖洗塞210的進料端16上。進料端蓋28在其被設置於該沖洗塞210的進料端16上時，係被建構成使得在進料端蓋28和耐火本體12之間，得以界定出一保留腔室120。進料端蓋28係配合氣體供應管38，而使得氣體供應管38與保留腔室120形成流體通連。氣體供應管38係突出於保留腔室120內。橫向容積124係為保留腔室120橫向延伸至耐火本體外側部26 的部分。在本發明之特定的具體實施例中，橫向容積124實體上且組成上地與耐火本體外側部26一體化。在本發明之特定的具體實施例中，橫向容積124係為保留腔室120橫向延伸的部分，並且耐火本體外側部26係藉著至少部分地包覆耐火本體外側部26的徑向表面之金屬殼體，而附接至進料端蓋28。在此一實施例中，保留腔室120包含有2個部分：圓筒狀保留腔室下部部分232係具有半徑R，而圓筒狀的保留腔室上部236則具有半徑r。半徑R係大於半徑r。氣體供應管突出部128係突出進入保留腔室的上端部分236。進入保留腔室120之氣體供應管突出部128可以是未加蓋的，其可以裝設一彎管、噴嘴、或捲曲或者可以用一孔口氣體供應管蓋140所覆蓋。如果芯20係由可以允許鉛流動的材料所建構，孔口氣體供應管蓋140就可以被建構成使得該孔口不會面向芯20，並且不會位在鉛的流動動線上。

各種不同的實施方式：

本發明包括有一種沖洗塞，其包括有一具有一進料端、一輸出端、一外側部以及一縱軸之耐火本體；設置成與該進料端以及該輸出端流體連通之至少一個氣體輸送結構；與該氣體輸送結構流體連通並且位於該耐火本體的進料端之保留腔室；以及與該保留腔室流體連通之一氣體供應管；以及突出進入該保留腔室之一氣體供應管突出部。該氣體供應管突出部係具有一軸線，並且該氣體供應管突出部的軸線係與該耐火本體的縱軸平行。該氣體供應管突出部係具有一軸線，並且該氣體供 應管突出部的軸線係與該耐火本體的縱軸共軸。該氣體供應管突出部的結構係選自於由以下結構所組成之群組：一彎管、一捲曲、或一噴嘴、以及一孔口蓋。該氣體供應管突出部之終端係為一孔口蓋，並且該孔口蓋之該等孔口面並不是與該耐火本體之縱軸垂直的。該氣體輸送結構係選自以下結構所組成之群組：槽孔、多孔性材料的管件、通道、在可鑄造材料中所形成的孔洞、包含與該耐火本體的縱軸平行的單向氣體通孔、包含有形成於加壓與燒成的板中之與該縱軸平行之單向氣體通孔的材料，以及這些結構的組合。該沖洗塞進一步包含有至少部分地包覆該耐火本體外側部之金屬外殼。該沖洗塞進一步包含有一進料端蓋，其係設置於該耐火本體進料端之上，以在該耐火本體以及該進料端蓋之間，界定出該保留腔室，其中該進料端蓋係配合該氣體供應管。該氣體供應管的突出部範圍係延伸至該保留腔室中至少3毫米、至少5毫米、至少10毫米、至少15毫米、至少20毫米、至少25毫米，或是至少30毫米。該氣體供應管在該保留腔室中係具有一終端點，且該保留腔室低於該終端點的容積與該保留腔室高於該終端點的容積比率，係為至少1：1、至少2：1、至少3：1，或是至少4：1。該保留腔室係包含具有半徑為r的圓筒狀上端部分，以及具有半徑為R的圓筒狀下端部分，r係比R更小，並且該氣體供應管突出部是突出進入於該保留腔室的圓筒狀上端部分中。該氣體供應管包含有一止回閥。該止回閥係被設置或建構成允許流入該保留腔室內，但是不允許從保留腔室流入氣體供應管內。

本發明可以進行許多修改或變化。因此，應該要理解的是，本發明可以在後述的申請專利範圍之範疇內，以所明確實施者以外的方式來實施。

10‧‧‧沖洗塞

12‧‧‧耐火本體

14‧‧‧軸線

16‧‧‧進料端

18‧‧‧輸出端

20‧‧‧芯

22‧‧‧損耗指標

24‧‧‧氣體輸送結構

26‧‧‧耐火本體外側部

28‧‧‧進料端蓋

30‧‧‧充氣部

38‧‧‧氣體供應管

40‧‧‧T形件

42‧‧鉛阱

Claims (18)

1. 一種沖洗塞，其包括有：一耐火本體，其係具有一進料端、一輸出端、一外側部份以及一縱軸；至少一個氣體輸送結構，其係設置成與該進料端以及該輸出端流體連通；一保留腔室，其係與該氣體輸送結構流體連通，並且係位在該耐火本體的該進料端處；以及一氣體供應管，其係與該保留腔室流體連通，並且具有突出進入該保留腔室中之一氣體供應管突出部。
2. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部係具有一軸線，並且該氣體供應管突出部之軸線係與該耐火本體的縱軸平行。
3. 如請求項2的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部係具有一軸線，並且該氣體供應管突出部的軸線係與該耐火本體的縱軸共軸。
4. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部終端的結構係選自於由一彎管、一捲曲、一噴嘴以及一孔口蓋所組成的群組。
5. 如請求項4的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部終端係為一孔口蓋，且其中該孔口蓋的孔口面並沒有與該耐火本體的該縱軸垂直。
6. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體輸送結構係選自於由以下結構所組成之群組：槽孔、多孔性材料的管件、 通道、在可鑄造材料中所形成的孔洞、包含與該耐火本體的縱軸平行且形成於加壓燒成的板中之單向氣體通孔單向以及這些結構的組合。
7. 如請求項1的沖洗塞，其進一步包含有至少部分包覆該耐火本體外側部的金屬外殼。
8. 如請求項1的沖洗塞，其進一步包含有進料端蓋，該進料端蓋係設置於該耐火本體之進料端上，以便在該耐火本體與該進料端蓋之間界定出該保留腔室，其中該進料端蓋係配合該氣體供應管。
9. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部範圍，係延伸進入該保留腔室中至少5毫米。
10. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部範圍，係延伸進入該保留腔室中至少10毫米。
11. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部範圍，係延伸進入該保留腔室中至少15毫米。
12. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管突出部範圍，係延伸進入該保留腔室中至少20毫米。
13. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管係在該保留腔室中具有一終端點，且其中該保留腔室低於該終端點之容積，與該保留腔室高於該終端點的容積之比率，係至少為1：1。
14. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管係在該保留腔室中具有一終端點，且其中該保留腔室低於該終端點之容積，與該保留腔室高於該終端點的容積之比率，係至少為2：1。
15. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管係在該保留腔室中具有一終端點，且其中該保留腔室低於該終端點之容積，與該保留腔室高於該終端點的容積之比率，係至少為3：1。
16. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管係在該保留腔室中具有一終端點，且其中該保留腔室低於該終端點之容積，與該保留腔室高於該終端點的容積之比率，係至少為4：1。
17. 如請求項1的沖洗塞，其中該保留腔室包含有一具有半徑為r之圓筒狀上端部分、以及一具有半徑為R之圓筒狀下端部分；其中r<R；且其中該氣體供應管突出部係突出進入該保留腔室的圓筒狀上端部分中。
18. 如請求項1的沖洗塞，其中該氣體供應管係在該保留腔室中具有一終端點，並且其中該氣體供應管係包括有一止回閥。